空氣過(guò)濾器的發(fā)展及其應用

1　空氣過(guò)濾器的發(fā)展 
　　空氣過(guò)濾器的原型是人們?yōu)楸Ｗo呼吸而使用的呼吸保護器具。據記載, 早在一世紀的羅馬, 人們在提純水銀的時(shí)候就用粗麻制成的面具進(jìn)行保護。在此之后的漫長(cháng)時(shí)間里, 空氣過(guò)濾器也取得了進(jìn)展, 但其主要是作為呼吸保護器具用于一些危險的行業(yè), 如有害化學(xué)品的生產(chǎn)。1827 年布朗發(fā)現了微小粒子的運動(dòng)規律,人們對空氣過(guò)濾的機理有了進(jìn)一步的認識。 
　　空氣過(guò)濾器的迅速發(fā)展是與軍事工業(yè)和電子工業(yè)的發(fā)展緊密相關(guān)的。在第一次世界大戰期間, 由于各種化學(xué)毒劑的使用, 以石棉纖維過(guò)濾紙作為濾煙層的軍用防毒面具應運而生。玻璃纖維過(guò)濾介質(zhì)用于空氣過(guò)濾于1940 年10 月在美國取得。50 年代, 美國對玻璃纖維過(guò)濾紙的生產(chǎn)工藝進(jìn)行了深入的研究, 使空氣過(guò)濾器得到了改善和發(fā)展。60 年代, HEPA 過(guò)濾器問(wèn)世; 70 年代, 采用微細玻璃纖維過(guò)濾紙作為過(guò)濾介質(zhì)的HEPA 過(guò)濾器, 對013 微米粒徑的粒子過(guò)濾效率高達99.9998%。八十年代以來(lái), 隨著(zhù)新的測試方法的出現、使用評價(jià)的提高及對過(guò)濾性能要求的提高, 發(fā)現HEPA 過(guò)濾器存在著(zhù)嚴重的問(wèn)題, 于是又產(chǎn)生了性能更高的UL PA 過(guò)濾器。目前, 各國仍在努力研究, 估計不久就會(huì )出現更先進(jìn)的空氣過(guò)濾器。 
　　過(guò)濾器本身的設計也取得了顯著(zhù)進(jìn)展, 其中重要的是分隔板的去除, 即無(wú)隔板過(guò)濾器的發(fā)展。無(wú)隔板過(guò)濾器不僅消除了分隔板損壞過(guò)濾介質(zhì)的危險, 而且有效地增加了過(guò)濾面積, 提高了過(guò)濾效率, 并降低了氣流阻力, 從而減少了能量消耗。此外, 空氣過(guò)濾器在耐高溫、耐腐蝕以及防水、防菌等方面也取很大的進(jìn)展,滿(mǎn)足了一些特殊的需求。 
2　空氣過(guò)濾器的應用 
　　隨著(zhù)環(huán)境污染的日益嚴重和人們環(huán)境意識的加強, 空氣質(zhì)量已成為全世界關(guān)注的焦點(diǎn)?，F在人們認識到空氣過(guò)濾系統不僅要保護機械設備, 還要保護人。因此, 空氣過(guò)濾的應用范圍越來(lái)越廣泛。 
　　空氣過(guò)濾的大應用是住宅樓, 其次是商業(yè)和工業(yè)建筑。此外, 過(guò)濾設備還常用行下列場(chǎng)合: 潔凈室; 復印設備; 室內空氣凈化器; 麻醉氣體過(guò)濾設備; 激光外科手術(shù)應用; HVAC 系統(供暖、通風(fēng)和空調系統) 恒溫室; 計算機打印機; 工作室空氣過(guò)濾系統; 空調器等。 
2.1　住宅市場(chǎng) 
　　由于人們對生活質(zhì)量的要求不斷提高, 住宅原有的空氣過(guò)濾系統已不能滿(mǎn)足人們的需要, 性能更高的靜電過(guò)濾器則成了原有空氣過(guò)濾器的替代品。但與普通玻璃纖過(guò)濾器相比, 由于過(guò)濾介質(zhì)成本較高, 靜電過(guò)濾器的應用也受到一定的限制。 
　　3M 公司是靜電過(guò)濾器市場(chǎng)的領(lǐng)頭羊, 正積極銷(xiāo)售其產(chǎn)品。3M 公司的靜電過(guò)濾器采用波紋結構, 介質(zhì)裝填較松散, 因而氣流阻力較小。3M 公司稱(chēng)他們過(guò)濾器的裝填密度是適宜的, 而且具有很長(cháng)的壽命。波紋結構還會(huì )提高過(guò)濾效率, 且能夠比平板過(guò)濾器捕集更多的粒子。 
在中國, 住宅絕大多數沒(méi)有空氣過(guò)濾系統, 但中國的住宅數量巨大, 且每年以數百萬(wàn)套的速度遞增。隨著(zhù)居室內空氣質(zhì)量的日益惡劣和人們環(huán)境意識的不斷加強, 空氣過(guò)濾系統在住宅的應用是有前途的, 存在著(zhù)潛在的巨大市場(chǎng)。 
2.2　辦公樓應用 
　　要求改善辦公室空氣質(zhì)量的推動(dòng)力是先進(jìn)的辦公設備的廣泛應用。計算機終端是產(chǎn)生臭氧和揮發(fā)性有機化合物的來(lái)源。噴墨打印機是碳氫化合物和臭氧的來(lái)源。干法照相復制機產(chǎn)生碳氫化合物、可吸入懸浮粒子和臭氧; 傳真機產(chǎn)生臭氧和揮發(fā)性有機化合物; 激光打印機產(chǎn)生碳氫化合物、臭氧和可吸入粒子; 等等。這些產(chǎn)物已經(jīng)嚴重地污染了室內環(huán)境, 并給人身和辦公設備造成了一定的危害。 
　　據估計, 在美國的辦公樓和公共建筑中有30% 存在室內空氣污染問(wèn)題, 尤其公共建筑如機場(chǎng)、車(chē)站等所面臨的挑戰遠大于辦公樓。芝加哥D‘Hare 機場(chǎng)大廳空氣流量為每分鐘約5166 萬(wàn)m 3, 為改善空氣質(zhì)量, 該處共裝有1100 個(gè)預濾器, 1100 個(gè)終濾器和2200 個(gè)炭濾器(其中的炭每10—12 個(gè)月需更換一次)。 
預計2000 年辦公室、商業(yè)及公共建筑對空氣過(guò)濾器的需求在全球將達到五億美元。 
2.3　室內空氣凈化器 
　　隨著(zhù)建筑標準的日益嚴格, 消費者對室內空氣質(zhì)量越來(lái)越重視。尤其是患有過(guò)敏癥、哮喘病或呼吸道疾病的人, 因為空氣污染影響了他們的正常生活。人們在室內度過(guò)90% 的時(shí)間, 而室內空氣污染水平可能是室外的2—5 倍。室內幾乎所有空間都含有花粉、霉菌、孢子、動(dòng)物毛發(fā)、煙霧、細菌、病毒和包括石棉在內的有害纖維及灰塵。惡劣的空氣質(zhì)量使得哮喘和過(guò)敏癥更加嚴重。用空氣凈化器除去室內空氣污染物是一種有效的方法。 
　　在便攜式室內空氣凈化器市場(chǎng)上有多種產(chǎn)品。發(fā)展快的是使用高效過(guò)濾介質(zhì)的靜電空氣過(guò)濾器如3M 公司的F ilt rete, 和更高效的微細玻璃纖維HEPA過(guò)濾器, 它們占據了市場(chǎng)的大部分。在美國空氣凈化器市場(chǎng)以每年10% 以上的速度遞增。日本是繼美國之后的第二大市場(chǎng)。在中國, 空氣凈化器的需求也在增加,隨著(zhù)空氣質(zhì)量的不斷惡化和家庭辦公的出現, 空氣凈化器將有一個(gè)巨大的潛在市場(chǎng)。 
2.4　生產(chǎn)工廠(chǎng) 
　　不同工廠(chǎng)對空氣質(zhì)量的要求差別很大。裝有排煙罩和污染控制設備的工廠(chǎng)需要補充大量的空氣, 如果這些工廠(chǎng)所在地區環(huán)境空氣受到污染, 那么在將補充的空氣分布到工作場(chǎng)所之前必須先進(jìn)行過(guò)濾。在半導體生產(chǎn)和制藥工業(yè)中, 對空氣的潔凈度要求較高。典型的工作環(huán)境中, 每立方英尺空氣中含有500000 個(gè)粒子, 而半導體生產(chǎn)的新要求是每立方英尺空氣中只有1 個(gè)粒子。因此, 工作間需要用經(jīng)過(guò)HEPA 過(guò)濾器過(guò)濾的潔凈空氣不斷地循環(huán)清洗。為保持HEPA 過(guò)濾器的潔凈和壽命, 還需要幾段效率較低的預濾器聯(lián)合使用。 
工業(yè)用潔凈室要求連續有效地去除粒徑更小的粒子。HEPA 過(guò)濾器一度是效率高的過(guò)濾器, 現在UL PA 過(guò)濾器則是效率高的過(guò)濾器, 以后更高效率的新一代過(guò)濾器也將得以開(kāi)發(fā)應用。微細玻璃纖維過(guò)濾介質(zhì)是過(guò)濾器介質(zhì)的主要選擇, 但膜和靜電增強介質(zhì)已向該領(lǐng)域滲透, 并獲得部分應用。 
　　對于工廠(chǎng)排放的廢氣, 要求嚴格的是毒性。某些重金屬如汞、砷、鉻、鈹等毒性很大, 其排放限制非常嚴格。在空氣毒性方面, 美國和德國已經(jīng)通過(guò)了新的更嚴格的立法。執行新的立法后, 空氣毒性的限制由原來(lái)的20 m g/m 3 (標準) 降低到010004 m g/m 3 (標準)。為達到這一目標, 工廠(chǎng)需要更先進(jìn)的過(guò)濾器以除去亞微粒子。一些德國公司使用傳統的折疊式微細玻璃纖維HEPA 過(guò)濾器用于過(guò)濾系統, 同脈沖空氣潔凈機理相互配合, 并使過(guò)濾介質(zhì)的波紋更密。一家美國公司則通過(guò)設計管式微細玻璃纖維HEPA 過(guò)濾器又向前進(jìn)了一步。 
2.5　醫院 
　　衛生行業(yè)是一個(gè)很龐大而特殊的行業(yè), 它對空氣的潔凈度要求也很高。通常, 對醫院空氣的低要求用效率為30% 的預濾器和效率為90% 的終濾器結合使用進(jìn)行過(guò)濾。一般情況下不需要HEPA 過(guò)濾器過(guò)濾, 但在特殊情況下如隔離室、特定的測試和護理區域則需要HEPA 過(guò)濾器過(guò)濾。 
　　醫院的許多HVAC 系統使用100% 的室外空氣,這對于防止病人通過(guò)HVAC 系統中的懸浮微生物進(jìn)行交叉感染是很好的策略。但100% 使用室外空氣并不能消除微生物在空氣過(guò)濾介質(zhì)中的生長(cháng)及其對護理環(huán)境產(chǎn)生的不良影響。因此, 現在許多醫院仍極需先進(jìn)的HVAC 系統。 
　　衛生系統的潔凈室先用于手術(shù)室。開(kāi)始它只是在矯形手術(shù)中獲得廣泛應用, 因為矯形手術(shù)時(shí)間較長(cháng),易于引起感染?？刂扑捷^理想的是使用手術(shù)臺附近的空氣潔凈度達到100 級。一般建議使用頂部HEPA過(guò)濾系統, 它能覆蓋至少3 m ×3 m 的面積, 從而將手術(shù)臺和人包括在內。 
　　潔凈室獲得應用的其它領(lǐng)域有分娩室、保育室、燒傷室、心臟病人護理單元等。新進(jìn)展之一是牙外科手術(shù)潔凈室的應用, 它降低了在長(cháng)期手術(shù)過(guò)程中醫務(wù)人員被感染的危險。 
2.6　食品加工 
　　食品工業(yè)對于空氣過(guò)濾設備來(lái)說(shuō), 正在成為一個(gè)不斷擴大的市場(chǎng)。為保持食品的新鮮口味, 用消毒來(lái)消除污染的方法已逐漸不被使用。這使得消除與產(chǎn)品相關(guān)的空氣污染更加重要。規定、保險意識和公眾關(guān)注正促使肉加工者、奶制品生產(chǎn)者及其它食品生產(chǎn)者更新他們的空氣過(guò)濾系統。 
　　在歐洲, 酸奶的罐裝是在潔凈室條件下進(jìn)行的, 其結果是在不用添加價(jià)格昂貴的化學(xué)保鮮劑, 產(chǎn)品可以保存較長(cháng)的時(shí)間。 
　　啤酒廠(chǎng)發(fā)現為保護它們的生啤酒, 必須控制灌裝車(chē)間周?chē)h(huán)境的空氣污染。在潔凈室進(jìn)行灌裝是佳選擇。這類(lèi)工廠(chǎng)需要100000 級的潔凈室, 可以采用頂部通風(fēng)系統, 用HEPA 過(guò)濾器過(guò)濾。 
　　在法國北部的亞眠市, Su lzer 先生為其廚房設計了潔凈室。Su lzer 的廚房潔凈室級別為100 級, 并配有必要的加熱和